Diferentes tipos de transistores e seu funcionamento

Como nosso cérebro é composto por 100 bilhões de células denominadas Neurônios, que são usadas para pensar e memorizar coisas. Como um computador, também temos bilhões de minúsculas células cerebrais chamadas Transistores. É composto por um elemento químico extraído da areia denominado Silício. Os transistores mudam radicalmente a teoria da eletrônica, uma vez que foram projetados mais de meio século antes por John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley.

Então, vamos te contar como eles funcionam ou o que eles realmente são?

O que são transistores?

Esses dispositivos são feitos de material semicondutor que é comumente usado para fins de amplificação ou comutação, mas também pode ser usado para controlar o fluxo de tensão e corrente. Ele também é usado para amplificar os sinais de entrada no sinal de saída de extensão. Um transistor é geralmente um dispositivo eletrônico de estado sólido que é feito de materiais semicondutores. A circulação da corrente eletrônica pode ser alterada pela adição de elétrons. Esse processo traz variações de tensão para afetar proporcionalmente muitas variações na corrente de saída, trazendo a amplificação à existência. Nem todos, mas a maioria dos dispositivos eletrônicos, contém um ou mais tipos de transistores. Alguns dos transistores são colocados individualmente ou geralmente em circuitos integrados que variam de acordo com suas aplicações de estado.

“O transistor é um componente do tipo inseto de três pernas, que é colocado individualmente em alguns dispositivos, mas em computadores é embalado em milhões de números em pequenos microchips”

Do que é feito um transistor?

O transistor consiste em três camadas de semicondutores, que têm a capacidade de reter corrente. O material condutor de eletricidade, como o silício e o germânio, tem a capacidade de transportar eletricidade entre os condutores e o isolador, que foi envolvido por fios de plástico. Os materiais semicondutores são tratados por algum procedimento químico chamado dopagem do semicondutor. Se o silício for dopado com arsênio, fósforo e antimônio, ele obterá alguns portadores de carga extra, ou seja, elétrons, são conhecidos como tipo N ou semicondutor negativo, enquanto se o silício for dopado com outras impurezas como boro, gálio, alumínio, ele obterá menos portadores de carga, ou seja, buracos, são conhecidos como semicondutores do tipo P ou positivos.

Como funciona o transistor?

O conceito de trabalho é a parte principal para entender como usar um transistor ou como ele funciona ?, existem três terminais no transistor:

• Base: dá base aos eletrodos do transistor.

• Emissor: Portadores de carga emitidos por este.

• Coletor: Carrega as transportadoras cobradas por este.

Se o transistor for do tipo NPN, precisamos aplicar uma voltagem de 0,7v para acioná-lo e conforme a voltagem aplicada ao pino de base o transistor liga, que é a condição polarizada direta e a corrente começa a fluir do coletor para o emissor (também chamado de saturação região). Quando o transistor está em condição de polarização reversa ou o pino de base está aterrado ou sem tensão, o transistor permanece na condição OFF e não permite que a corrente flua do coletor para o emissor (também chamada de região de corte).

Se o transistor for do tipo PNP, normalmente está no estado LIGADO, mas não deve ser dito perfeitamente ligado até que o pino da base esteja perfeitamente aterrado. Após aterrar o pino da base, o transistor estará na condição de polarização reversa ou ligado. Como a alimentação fornecida ao pino de base, ele para de conduzir a corrente do coletor para o emissor e o transistor está no estado OFF ou em condição polarizada direta.

Para a proteção do transistor conectamos uma resistência em série com ele, para encontrar o valor dessa resistência usamos a fórmula abaixo:

R _B = V _BE / I _B

Diferentes tipos de transistores:

Podemos dividir o transistor em duas categorias: Transistor de junção bipolar (BJT) e Transistor de efeito de campo (FET). Além disso, podemos dividi-lo como abaixo:

Transistor de junção bipolar (BJT)

Um transistor de junção bipolar é feito de semicondutor dopado com três terminais, ou seja, base, emissor e coletor. Neste procedimento, buracos e elétrons estão envolvidos. Uma grande quantidade de corrente que passa pelo coletor para o emissor muda, modificando uma pequena corrente da base para os terminais do emissor. Eles também são chamados de dispositivos controlados por corrente. NPN e PNP são duas partes principais dos BJTs, conforme discutimos anteriormente. O BJT é ligado dando entrada para a base porque tem a impedância mais baixa para todos os transistores. A amplificação também é mais alta para todos os transistores.

Os tipos de BJT são os seguintes:

1. Transistor NPN:

Na região intermediária do transistor NPN, ou seja, a base é do tipo p e as duas regiões externas, ou seja, o emissor e o coletor são do tipo n.

No modo ativo direto, o transistor NPN é polarizado. Por fonte CC Vbb, a junção de base para emissor será polarizada para frente. Portanto, nesta junção a região de depleção será reduzida. O coletor para a junção de base é polarizado reversamente, o coletor para a região de depleção da junção de base será aumentado. A maioria dos portadores de carga são elétrons para o emissor do tipo n. A junção do emissor da base é polarizada para frente, de modo que os elétrons se movem em direção à região da base. Portanto, isso causa a corrente do emissor Ie. A região da base é fina e levemente dopada por buracos, combinação elétron-buracos formada e alguns elétrons permanecem na região da base. Isso causa uma corrente de base muito pequena Ib. A junção do coletor de base é polarizada reversamente para buracos na região da base e elétrons na região do coletor, mas é polarizada para frente para os elétrons na região da base. Os elétrons remanescentes da região de base atraídos pelo terminal coletor causam a corrente do coletor Ic. Verifique mais sobre o Transistor NPN aqui.

2. Transistor PNP:

Na região intermediária do transistor PNP, isto é, a base é do tipo n e as duas regiões externas, isto é, o coletor e o emissor são do tipo p.

Como discutimos acima, no transistor NPN, ele também está operando no modo ativo. A maioria dos portadores de carga são orifícios para o emissor do tipo p. Para esses orifícios, a junção do emissor da base será polarizada para frente e se moverá em direção à região da base. Isso causa a corrente do emissor Ie. A região da base é fina e levemente dopada por elétrons, uma combinação elétron-buracos formada e alguns buracos permanecem na região da base. Isso causa uma corrente de base muito pequena Ib. A junção do coletor de base é polarizada reversamente para orifícios na região de base e orifícios na região do coletor, mas é polarizada para frente para orifícios na região de base. Os orifícios restantes da região de base atraídos pelo terminal do coletor causam a corrente do coletor Ic. Verifique mais sobre o transistor PNP aqui.

O que são configurações de transistor?

Geralmente, existem três tipos de configurações e suas descrições em relação ao ganho são as seguintes:

Configuração da base comum (CB): Não tem ganho de corrente, mas tem ganho de tensão.

Configuração de coletor comum (CC): Possui ganho de corrente, mas nenhum ganho de tensão.

Configuração do emissor comum (CE): Possui ganho de corrente e ganho de tensão.

Configuração da base comum do transistor (CB):

Neste circuito, a base é colocada em comum para a entrada e saída. Possui baixa impedância de entrada (50-500 ohms). Possui alta impedância de saída (1-10 mega ohms).Tensões medidas em relação aos terminais da base. Portanto, a tensão e a corrente de entrada serão Vbe e Ie e a tensão e a corrente de saída serão Vcb e Ic.

O ganho atual será menor que a unidade, ou seja, alfa (dc) = Ic / Ie
O ganho de tensão será alto.
O ganho de potência será médio.

Configuração do emissor comum do transistor (CE):

Neste circuito, o emissor é colocado em comum para a entrada e saída. O sinal de entrada é aplicado entre a base e o emissor e o sinal de saída é aplicado entre o coletor e o emissor. Vbb e Vcc são as tensões. Possui alta impedância de entrada, ou seja, (500-5000 ohms). Possui baixa impedância de saída, ou seja, (50-500 kilo ohms).

O ganho atual será alto (98) ou seja, beta (dc) = Ic / Ie
O ganho de potência é de até 37 db.
A saída estará 180 graus fora de fase.

Configuração do coletor comum do transistor:

Neste circuito, o coletor é colocado em comum para a entrada e a saída. Isso também é conhecido como seguidor de emissor. Possui alta impedância de entrada (150-600 kilo ohms). Possui baixa impedância de saída (100-1000 ohms).

O ganho atual será alto (99).
O ganho de tensão será menor que a unidade.
O ganho de potência será médio.

Transistor de efeito de campo (FET):

O transistor de efeito de campo contém as três regiões, como uma fonte, um portão e um dreno. Eles são denominados dispositivos controlados por tensão, pois controlam o nível de tensão. Para controlar o comportamento elétrico, o campo elétrico aplicado externamente pode ser escolhido, por isso é chamado de transistores de efeito de campo. Nesse caso, a corrente flui devido à maioria dos portadores de carga, ou seja, elétrons, também conhecido como transistor unipolar. Tem principalmente alta impedância de entrada em mega ohms com baixa condutividade de frequência entre o dreno e a fonte controlada por campo elétrico. Os FETs são altamente eficientes, vigorosos e de menor custo.

Os transistores de efeito de campo são de dois tipos, ou seja, transistores de efeito de campo de junção (JFET) e transistores de efeito de campo de óxido de metal (MOSFET). A corrente passa entre os dois canais denominados como n-canal e de canal p.

Transistor de efeito de campo de junção (JFET)

O transistor de efeito de campo de junção não tem junção PN, mas no lugar de materiais semicondutores de alta resistividade, eles formam canais de silício do tipo n & p para o fluxo da maioria dos portadores de carga com dois terminais de dreno ou um terminal de fonte. No canal n, o fluxo de corrente é negativo, enquanto no canal p o fluxo de corrente é positivo.

Trabalho do JFET:

Existem dois tipos de canais no JFET denominados: JFET n-channel e JFET p-channel

JFET de canal N:

Aqui, temos que discutir sobre a operação principal do JFET de canal n para duas condições como segue:

Primeiro, quando Vgs = 0, Aplique uma pequena tensão positiva ao terminal de drenagem onde Vds é positivo. Devido a esta tensão aplicada Vds, o fluxo de elétrons da fonte para o dreno causa o dreno de corrente Id. O canal entre o dreno e a fonte atua como resistência. Seja o canal n uniforme. Diferentes níveis de tensão configurados pela Id da corrente de drenagem e se movem da fonte para a drenagem. As tensões são mais altas no terminal de dreno e mais baixas no terminal de origem. O dreno é polarizado reverso, então a camada de depleção é mais ampla aqui.

Vds aumenta, Vgs = 0 V

A camada de depleção aumenta, a largura do canal reduz. Vds aumenta no nível onde duas regiões de depleção se tocam, esta condição conhecida como processo de pinch-off e causa tensão de pinch off Vp.

Aqui, Id pinched –off cai para 0 MA e Id atinge o nível de saturação. Id com Vgs = 0 conhecido como corrente de saturação da fonte de drenagem (Idss). Vds aumentou em Vp onde a Id atual permanece a mesma e JFET atua como uma fonte de corrente constante.

Em segundo lugar, quando Vgs não é igual a 0, Aplicar Vgs e Vds negativos varia. A largura da região de depleção aumenta, o canal se torna estreito e a resistência aumenta. A corrente de drenagem menor flui e atinge o nível de saturação. Devido a Vgs negativos, o nível de saturação diminui e o Id diminui. A tensão de pinch -off cai continuamente. Portanto, é chamado de dispositivo controlado por tensão.

Características do JFET:

As características mostraram diferentes regiões, que são as seguintes:

Região ôhmica: Vgs = 0, camada de depleção pequena.

Região de corte: também conhecida como região de compressão, pois a resistência do canal é máxima.

Saturação ou região ativa: controlada pela tensão da fonte do gate onde a tensão da fonte do dreno é menor.

Região de desagregação: A tensão entre o dreno e a fonte é alta e causa ruptura no canal resistivo.

JFET P-Channel:

O JFET do canal p opera da mesma forma que o JFET do canal n, mas ocorreram algumas exceções, ou seja, devido a falhas, a corrente do canal é positiva e a polaridade da tensão de polarização precisa ser invertida.

Drene a corrente na região ativa:

Id = Idss

Drenar a resistência do canal de origem: Rds = delta Vds / delta Id

Transistor de efeito de campo de óxido de metal (MOSFET):

O transistor de efeito de campo de óxido metálico também é conhecido como transistor de efeito de campo controlado por tensão. Aqui, os elétrons da porta de óxido metálico são isolados eletricamente do canal n e do canal p por uma fina camada de dióxido de silício denominado vidro.

A corrente entre o dreno e a fonte é diretamente proporcional à tensão de entrada.

É um dispositivo de três terminais, ou seja, portão, dreno e fonte. Existem dois tipos de MOSFET por funcionamento de canais, ou seja, MOSFET de canal p e MOSFET de canal n.

Existem duas formas de transistor de efeito de campo de óxido metálico, ou seja, Tipo de Depleção e Tipo de Aprimoramento.

Tipo de esgotamento: requer Vgs, ou seja, a tensão da fonte do portão para desligar e o modo de esgotamento é igual ao interruptor normalmente fechado.

Vgs = 0, Se Vgs for positivo, os elétrons são mais e se Vgs for negativo, os elétrons são menos.

Tipo de aprimoramento: Requer Vgs, ou seja, a tensão da fonte do gate para ligar e o modo de aprimoramento é igual ao interruptor normalmente aberto.

Aqui, o terminal adicional é o substrato usado no aterramento.

A tensão da fonte da porta (Vgs) é maior do que a tensão do limiar (Vth)

Modos de polarização para transistores:

A polarização pode ser feita pelos dois métodos, ou seja, polarização direta e polarização reversa, ao passo que, dependendo da polarização, existem quatro circuitos diferentes de polarização, como segue:

Polarização de base fixa e polarização de resistência fixa:

Na figura, o resistor de base Rb conectado entre a base e o Vcc. A junção do emissor de base é polarizada para frente devido à queda de tensão Rb que leva ao fluxo Ib através dela. Aqui, Ib é obtido de:

Ib = (Vcc-Vbe) / Rb

Isso resulta em fator de estabilidade (beta +1) que leva a baixa estabilidade térmica. Aqui, as expressões de tensões e correntes, ou seja, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Beta Ib Ie = Ic

Polarização de feedback do coletor:

Nesta figura, o resistor de base Rb conectado ao coletor e terminal de base do transistor. Portanto, a tensão de base Vb e a tensão de coletor Vc são semelhantes entre si por este

Vb = Vc-IbRb Onde, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc

Por essas equações, Ic diminui Vc, o que reduz Ib, reduzindo automaticamente Ic.

Aqui, o fator (beta +1) será menor que um e o Ib leva a reduzir o ganho do amplificador.

Assim, tensões e correntes podem ser dadas como-

Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie é quase igual a Ib

Polarização de feedback duplo:

Nesta figura, é a forma modificada sobre o circuito de base de feedback do coletor. Como possui circuito adicional R1 que aumenta a estabilidade. Portanto, o aumento na resistência de base leva às variações no beta, ou seja, ganho.

Agora, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie é quase igual a Ic

Polarização fixa com resistor de emissor:

Nesta figura, é o mesmo que o circuito de polarização fixa, mas tem um resistor de emissor adicional Re conectado. Ic aumenta devido à temperatura, Ie também aumenta, o que novamente aumenta a queda de tensão em Re. Isso resulta em redução em Vc, reduz Ib, o que traz iC de volta ao seu valor normal. O ganho de tensão é reduzido pela presença de Re.

Agora, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie é quase igual a Ic

Polarização do emissor:

Nesta figura, existem duas tensões de alimentação Vcc e Vee que são iguais, mas opostas em polaridade. Aqui, Vee é polarizado diretamente para a junção do emissor de base por Re & Vcc é polarizado reversamente para a junção da base do coletor.

Agora, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie é quase igual a Ib Onde, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe

O que dá um ponto de operação estável.

Polarização de feedback do emissor:

Nesta figura, ele usa o coletor como feedback e feedback do emissor para maior estabilidade. Devido ao fluxo da corrente do emissor Ie, a queda de tensão ocorre no resistor Re do emissor, portanto, a junção da base do emissor será polarizada direta. Aqui, a temperatura aumenta, Ic aumenta, ou seja, também aumenta. Isso leva a uma queda de tensão em Re, a tensão do coletor Vc diminui e Ib também diminui. Isso resulta que o ganho de saída será reduzido. As expressões podem ser dadas como:

Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I ₁ R1 = Vc- (I ₁ + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie é quase igual para eu c

Polarização do divisor de tensão:

Nesta figura, ele usa a forma de divisor de tensão do resistor R1 e R2 para polarizar o transistor. As formas de tensão em R2 serão a tensão de base à medida que polariza a junção base-emissor. Aqui, I2 = 10Ib.

Isso é feito para negligenciar a corrente do divisor de tensão e ocorrerem alterações no valor de beta.

Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve

Ic resiste às mudanças em beta e Vbe, o que resulta em um fator de estabilidade de 1. Nesse caso, Ic aumenta com o aumento da temperatura, Ie aumenta com o aumento da tensão do emissor Ve, o que reduz a tensão de base Vbe. Isso resulta na diminuição da corrente de base ib e ic para seus valores reais.

Aplicações de Transistores

Transistores para a maioria das peças são usados em aplicações eletrônicas, como amplificadores de tensão e potência.
Usado como interruptores em muitos circuitos.
Usado na fabricação de circuitos lógicos digitais, ou seja, AND, NOT etc.
Transistores são inseridos em tudo, ou seja, fogões para os computadores.
Usado no microprocessador como chips nos quais bilhões de transistores estão integrados nele.
Antigamente, eles eram usados em rádios, equipamentos de telefone, ouvintes, etc.
Além disso, eles são usados anteriormente em tubos de vácuo em tamanhos grandes.
Eles são usados em microfones para transformar sinais sonoros em sinais elétricos também.